KIP-Veröffentlichungen

Diese Arbeit untersucht Frequenzverdopplung von Licht in Dünnschichtwellenleitern aus MgO-dotiertem Lithiumniobat zur e!zienten, breitbandigen Frequenzkonversion in integrierten photonischen Schaltkreisen. Theoretische Modelle, Finite-Elemente-Simulationen und Fertigungsprozesse werden kombiniert, um die Leistungsfähigkeit der Bauelemente zu optimieren. COMSOL-Simulationen bei 1550 nm und 775 nm lieferten effektive Brechungsindizes und erforderliche Polperioden für die quasi-phasenangepasste Domäneninversion. Geometrievariatm ionen zeigten deutliche Auswirkungen auf Phasenanpassung, Modeüberlappung und Konversionsspektren. Die elektrische Feldpolung wurde durch Spannungspulse und thermische Behandlung optimiert. Die Domänenqualität wurde mittels Rasterkraftmikroskopie und Fourier-Analyse bestätigt, mit Korrelationen bis 0,89. Durch Elektronenstrahllithographie und physikalische Gasphasenabscheidung wurden präzise Elektroden- und Wellenleiterstrukturen gefertigt. Kalibrierte optische Messungen zeigten normalisierte Konversionseffizienzen über 2000%/(W cm²), mit Spektren in enger Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen (R2 > 99%). Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur skalierbaren Integration nichtlinearer optischer Komponenten und unterstreicht das Potenzial von MgO-dotiertem Lithiumniobat für fortschrittliche photonische Systeme.

This thesis investigates second-harmonic generation in thin-film waveguides based on MgO-doped lithium niobate for e!cient broadband frequency conversion in integrated photonic circuits. The work combines theoretical modeling, finite element simulations, and fabrication techniques to optimize device performance. Mode analysis at 1550 nm and 775 nm using COMSOL simulations enabled extraction of ffective refractive indices and quasi-phase-matching poling periods. Variation of waveguide geometry revealed strong influence on phase matching, mode overlap, and conversion spectra. The electric field poling process was optimized through controlled voltage pulses and thermal annealing, yielding uniform periodic domain inversion. Domain quality was validated by atomic force microscopy and Fourier analysis, with correlation up to 0.89. Electron-beam lithography and physical vapor deposition enabled precise fabrication of electrodes and waveguides. Calibrated optical measurements showed normalized conversion e!ciencies exceeding 2000%/(W cm²), and recorded spectra matched theoretical predictions with over 99% accuracy. This work supports scalable integration of nonlinear optical elements and highlights the potential of MgO-doped lithium niobate waveguides for advanced photonic systems.